水平井分层压裂可钻桥塞技术研究

发布时间：2017-03-18 19:04

  本文关键词：水平井分层压裂可钻桥塞技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,随着人类对油气资源的增速耗竭和油气田勘探开发的纵深发展,低渗油气藏、页岩气、致密油等非常规油气资源将成为未来石油天然气能源的主流。据资料统计,我国低渗油气藏已探明储量近60亿吨,已经动用储量近30亿吨,近50%的探明低渗透储量由于产能低开采效益差难以动用,需实施非常规分层压裂酸化技术进行储层改造。可钻式复合桥塞分层压裂技术,具有不受分层压裂层数及位置的限制、不易产生砂卡、工具管串结构简单、一趟钻除桥塞施工方便解封堵快、井筒畅通利于后续施工等优点,目前已作为国内外对致密页岩气等非常规油气资源开发使用的主体储层改造技术而得到广泛应用,并取得了显著的增产效果。其中复合材料桥塞和速钻磨鞋是该技术的核心工具,因此,该工具坐封和快速解除的可靠性与安全性是桥塞分段压裂成败的首要条件。国外复合材料制造技术先进、性能优良,处于技术领先地位；而复合材料桥塞及速钻磨鞋在国内的研究起步较晚,复合桥塞技术水平不够完善,为满足国内对非常规油气资源的开发急需,迫切需自主研发出具有耐高温高压、钻磨效率高的新型速钻复合桥塞及其速钻磨鞋。因此,论文开展的研究工作有：基于上述背景,本文针对焦石油田页岩气套管井的特定条件,创新设计出了一套新型复式单卡瓦速钻桥塞与异形切削刃速钻磨鞋,并完善配套了其施工工艺技术。在该套工具的设计过程中：首先就国内外有关复合材料桥塞及速钻磨鞋的研究现状和应用情况展开调研,收集并能动地消化多种结构尺寸的复合桥塞相关专利和文献资料,确立了设计方案,并完善配套了其工艺技术；通过研究桥塞、套管、磨鞋的相互作用机理,创新设计出了具有复式卡瓦结构及胶筒防突结构的可钻复合桥塞,并基于随机理论,创新设计出了异形切削刃速钻磨鞋。该套工具防突效果明显,承载与密封能力大幅增强,可实现快速磨铣解除,能适应70-90MPa压裂施工井型。基于SolidWorks对工具部件进行了结构设计和三维实体建模以及虚拟样机的工作行为仿真,证明结构合理,能实现其工作原理。基于有限元利用大变形不可压缩理论对橡胶材料试验数据进行处理以及仿真模拟；探讨了桥塞组合式胶筒各结构参数对密封性能的影响规律；取各结构参数的几个较优水平进行正交分析,以最大接触应力为评定标准,进而确定各结构参数的主次影响关系及最优配合；并对胶筒防突结构进行了优化设计；建立了锚定系统有限元仿真模型,将镶齿卡瓦与铣齿卡瓦进行性能对比,并优化设计了复式铣齿卡瓦的结构参数。同时,对本次所设计的速钻磨鞋的切削齿进行了切削性能分析,利用有限元分析软件,建立了仿真模型,并进行有限元模型验证分析；确定了切削齿切削性能评价指标；探究了切削齿的切削深度、切削转速等对切削齿的切削效率影响规律,并对比分析了三种切削齿在不同的切削深度、切削转速下的切削性能,对钻井参数的设定具有一定的指导性意义。
【关键词】：分层压裂 复合材料桥塞 速钻磨鞋 结构优化 力学分析
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE357.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 研究的背景及意义8-9
• 1.2 水平井桥塞分层压裂技术现状9-14
• 1.2.1 国外研究现状9-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.3 本文研究的主要内容及思路14-17
• 1.3.1 本文研究的主要内容14-15
• 1.3.2 本文的研究思路15-17
• 第2章 水平井可钻桥塞系统工具及工艺技术研究17-55
• 2.1 复合桥塞工具技术简介17-21
• 2.1.1 复合材料桥塞的结构及工作原理17-20
• 2.1.2 复合桥塞的技术特点20-21
• 2.2 复合桥塞结构设计21-41
• 2.2.1 锁紧装置设计21-22
• 2.2.2 新型胶筒设计22-32
• 2.2.3 卡瓦结构设计32-38
• 2.2.4 丢手机构设计38-39
• 2.2.5 剪断销钉的设计39-40
• 2.2.6 中心管的设计40-41
• 2.3 钻磨桥塞技术研究41-50
• 2.3.1 本体设计42-43
• 2.3.2 切削齿设计43-45
• 2.3.3 速钻磨鞋45-47
• 2.3.4 速钻磨鞋工具的设计计算47-50
• 2.4 水平井桥塞分层压裂工艺技术50-53
• 2.5 本章小结53-55
• 第3章 桥塞主要零部件有限元分析及结构优化55-86
• 3.1 桥塞密封系统的优化设计55-73
• 3.1.1 橡胶本构关系理论55-57
• 3.1.2 橡胶实验数据处理57-61
• 3.1.3 模型建立61-62
• 3.1.4 胶筒结构参数优化62-71
• 3.1.5 胶筒“防突”结构设计分析71-73
• 3.2 卡瓦的优化设计73-84
• 3.2.1 卡瓦和套管材料本构关系研究73-74
• 3.2.2 模型建立74-75
• 3.2.3 镶齿卡瓦与铣齿卡瓦性能对比75-77
• 3.2.4 铣齿卡瓦结构参数优化77-83
• 3.2.5 卡瓦承载性能分析83-84
• 3.3 本章小结84-86
• 第4章 切削齿的切削性能分析86-98
• 4.1 切削齿的切削性能评价指标86-87
• 4.2 有限元模型的参数选择87-92
• 4.2.1 几何模型及材料模型的建立87-89
• 4.2.2 网格的划分及切削参数的设置89-90
• 4.2.3 切削加工有限元模型的验证90-92
• 4.3 仿真结果及分析92-97
• 4.3.1 回转切削力作用下铸铁应力-应变分析92-93
• 4.3.2 回转切削铸铁过程中切削齿受力分析93-94
• 4.3.3 切削齿切削性能分析94-97
• 4.4 本章小结97-98
• 第5章 结论与建议98-100
• 5.1 结论98-99
• 5.2 建议99-100
• 致谢100-101
• 参考文献101-106
• 附录106-107
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果107

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